In occasione dell’anteprima della Hannover Messe, gli Istituti Fraunhofer per la Progettazione di Sistemi Meccatronici (IEM) e per la Ricerca sul Legno (WKI) hanno presentato i loro ultimi risultati di ricerca.
Nello specifico, l’Istituto Fraunhofer per la Progettazione di Sistemi Meccatronici (IEM) ha presentato una soluzione robotica per la verifica manuale della qualità dei componenti o dei prodotti nell’industria, mentre l’Istituto per la Ricerca sul Legno (WKI) ha anticipato i risultati del progetto ReMatBuilt che dimostra il contributo di materiali da costruzione ad alte prestazioni realizzati con materiali riciclati e di scarto.
Indice degli argomenti
Versatilità totale: stazione di test flessibile con cobot
I robot collaborativi (cobot) sono considerati una tecnologia chiave nell’industria. Generalmente dotati di intelligenza artificiale e tecnologia dei sensori, questi robot lavorano a fianco delle persone nelle strutture produttive, sbloccando concetti di automazione flessibili e intelligenti.
In un mondo caratterizzato da lotti di produzione unitari, catene di fornitura fragili e nuove regolamentazioni in continua evoluzione, questo rappresenta un vantaggio cruciale rispetto ai concorrenti.
Alla Hannover Messe 2024, il Fraunhofer IEM presenterà una soluzione cobot ultra-versatile. In collaborazione con Diebold Nixdorf e verlinked, i ricercatori del Fraunhofer hanno sviluppato un robot da test nel progetto “it’s OWL” chiamato CogeP (Stazioni di test supportate da cobot per Sistemi Tecnici Intelligenti).
Gli operatori utilizzano il robot per controllare rapidamente e senza errori la qualità dei pannelli di controllo degli sportelli bancomat, ed è semplice riconfigurarlo per una gamma sempre più ampia di compiti di test.
Controlli di qualità supportati dall’AI
Per controllare i pannelli di controllo, il braccio robotico supportato da sensori muove una telecamera sopra i componenti, i pezzi lavorati o i prodotti da analizzare da varie angolazioni. La funzione di analisi delle immagini supportata dall’AI analizza la qualità e poi il robot sposta la telecamera sul prodotto successivo.
Se il software di analisi individua difetti – ad esempio una vite sporgente o un collegamento a spina instabile –, il sistema avvisa gli operatori responsabili, che possono quindi concentrarsi sul problema e correggerlo immediatamente. Questo aumenta la produttività nelle attività produttive, ma non solo. Anche gli operatori traggono vantaggio dalla soluzione cobot.
“Le ispezioni visive manuali in produzione sono un compito monotono e faticoso per gli operatori e sono inclini agli errori. Il robot da test gestisce questi tipi di compiti in modo rapido e affidabile. E questo rende il lavoro delle persone in produzione più interessante e meno monotono”, commenta Eugen Djakow, responsabile del gruppo per la Tecnologia dell’Automazione e la Robotica presso Fraunhofer IEM.
La piattaforma IoT sblocca una gamma di scenari di test
Un punto saliente della soluzione è il modo in cui combina il robot da test con una piattaforma IoT. Funziona come un centro dati in tempo reale, assegnando compiti di test, memorizzando i risultati e raccogliendo i dati corrispondenti tra diversi robot e incarichi. Ciò significa che i processi di test possono essere ulteriormente ottimizzati.
I dati raccolti possono anche essere utilizzati per adattare il test a una nuova versione del prodotto, senza dover dedicare molto tempo e sforzo alla programmazione. Le nuove versioni del prodotto richiedono solo piccoli aggiustamenti alla procedura di test.
“Le stazioni di test supportate da cobot possono raccogliere tutti i dati di test e operativi nella piattaforma IoT centrale e accedere alle informazioni in tempo reale. Ciò significa che le aziende possono riconfigurare le loro routine di test per soddisfare nuovi requisiti, senza modifiche costose o investimenti. In questo modo, il sistema offre una versatilità totale come strumento per tutti i tipi di scenari di test”, aggiunge Djakow.
Vantaggi per le PMI: flessibilità nell’incorporare postazioni cobot nella produzione
La soluzione cobot presentata può essere utilizzata non solo per i processi di test ma anche per l’assemblaggio, la selezione e l’imballaggio, e il supporto generale dell’impianto. Fraunhofer IEM sfrutta anche anni di esperienza nella tecnologia dei processi industriali e competenze in aree come l’apprendimento automatico per l’analisi dei pattern automatizzata per supportare le PMI nell’integrare postazioni cobot nei processi produttivi esistenti, il tutto a basso costo e senza grandi investimenti in termini di tempo e sforzo.
Ciò consente alle piccole e medie imprese, proprio come alle aziende più grandi, di modificare le loro operazioni di produzione a breve termine o adattarsi a piccoli volumi unitari, fino ai singoli articoli.
La collaborazione tra Fraunhofer IEM, Diebold Nixdorf e Verlinked è stata finanziata nel progetto “Stazioni di test supportate da cobot per sistemi tecnici intelligenti” (CogeP) della rete tecnologica it’s OWL.
ReMatBuilt: Come i materiali residui diventano prodotti edili ad alte prestazioni
Quando si tratta di sviluppo sostenibile, l’industria delle costruzioni si trova di fronte a grandi sfide. Nel progetto ReMatBuilt, gli esperti dell’Istituto Fraunhofer per la Ricerca sul Legno, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI e i loro partner stanno dimostrando che le attività associate a questo possono essere risolte con materiali da costruzione ad alte prestazioni realizzati con materiali riciclati e rifiuti.
Chiunque esca di casa oggi si trova spesso nel mezzo di rumorosi lavori di demolizione o costruzione e i cantieri edili influenzano la nostra vita quotidiana, soprattutto nelle aree metropolitane. Non è quindi difficile capire che l’industria delle costruzioni è uno dei maggiori consumatori di risorse naturali al mondo.
Allo stesso tempo, la demolizione di edifici e strutture esistenti produce masse di materiali che devono essere riciclati da una prospettiva di sostenibilità. Nel progetto di ricerca ReMatBuilt, gli esperti stanno sviluppando materiali da costruzione in calcestruzzo sostenibili e elementi da costruzione ad alte prestazioni basati su rifiuti da costruzione e demolizione, nonché residui di produzione a base vegetale, insieme a partner industriali e scientifici.
Il progetto è finanziato dal Ministero Federale Tedesco dell’Educazione e della Ricerca (BMBF) nell’ambito della Strategia Nazionale per la Bioeconomia. I partner del progetto con sede in Germania e Cina pongono particolare enfasi sulla praticabilità e sulla rapida attuabilità. Da un lato, come team internazionale, vogliono assumersi la responsabilità globale per uno sviluppo economico sostenibile basato sul bio e identificare metodi di riciclaggio e produzione adatti al settore delle costruzioni. D’altra parte, progettano i prodotti risultanti e tutti i passaggi del processo a monte in modo tale da rispettare le normative specifiche del Paese.
Le soluzioni sviluppate secondo queste linee guida possono essere utilizzate facilmente e quindi aumentare significativamente la quota di materie prime rinnovabili nell’industria delle costruzioni a livello globale.
“L’idea di riciclare i materiali da costruzione e sperimentare materiali alternativi provenienti dalla natura non è nuova. Ciò che rende unico il nostro progetto è il suo approccio olistico”, spiega il responsabile del progetto Yan.
“Combiniamo la nostra conoscenza dei metodi e delle proprietà dei diversi materiali per capire le loro prestazioni chimiche, fisiche e meccaniche dalla micro alla macro scala. Questo ci permette di raggiungere un livello molto alto di prontezza tecnologica, che è un aspetto importante per l’applicazione pratica”, aggiunge.
Meno rifiuti, minor consumo di risorse
Quando si confronta la produzione e la composizione convenzionali dei materiali da costruzione con quelle realizzate dai partner del progetto ReMatBuilt, i molteplici vantaggi del loro approccio diventano rapidamente evidenti: gli esperti utilizzano cosiddetti detriti da costruzione, in altre parole, vecchi rifiuti di calcestruzzo e muratura, così come residui agricoli per produrre calcestruzzo riciclato.
Questi componenti sono rinforzati con fibre naturali a base vegetale come il lino, integrati da prodotti di scarto forestali come trucioli di legno da legno vecchio. Il calcestruzzo convenzionale, al contrario, contiene cemento e solitamente ghiaia come aggregato. Quest’ultimo è una risorsa finita come aggregato e la sua estrazione danneggia l’ambiente.
Inoltre, spesso deve essere trasportato su lunghe distanze. I detriti da costruzione e il legno vecchio, invece, si trovano ampiamente in grandi quantità in tutto il mondo nelle aree pertinenti e sono stati poco utilizzati fino ad ora.
Da un punto di vista ecologico ed economico, questo è un sostituto molto attraente. La situazione è simile con il cemento. Questo agente legante tra i materiali da costruzione è fatto da materie prime naturali come calcare, argilla e sabbia di quarzo, e la sua produzione causa alte emissioni di anidride carbonica che sono state una preoccupazione crescente per l’industria.
Il team guidato dal professor Yan è riuscito a identificare un materiale sostitutivo più che adeguato. “Il riso è il cibo più comune al mondo. Le sue bucce sono state poco utilizzate fino ad ora. Abbiamo scoperto che la cenere della buccia del riso prodotta da un particolare processo di combustione è ottimamente adatta come sostituto del cemento”, spiega.
I risultati dei test parlano da soli: il cemento riciclato non solo risparmia risorse ecologiche finite, ma i componenti realizzati con esso sono più leggeri dei loro omologhi tradizionali e impressionano per la loro resistenza aggiuntiva, durata e isolamento termico e acustico.
Nell’ambito del progetto, gli esperti stanno anche sviluppando materiali isolanti a base di rifiuti vegetali come segatura, paglia di riso e grano come alternativa risparmiosa di risorse alle varianti attualmente dominanti che consistono in plastica a base di petrolio, lana minerale e vetro o fibre di legno.
Queste lastre isolanti sostenibili consentono di collegare i componenti in calcestruzzo finiti per formare sistemi di pareti di blocchi isolati. Gli esperti hanno inoltre progettato sistemi compositi che consentono al calcestruzzo riciclato combinato con impiallacciatura laminata e legno lamellare incrociato di essere utilizzato come lastre per pavimenti in legno-calcestruzzo.
Questi elementi da costruzione ibridi combinano i vantaggi del calcestruzzo con aggregati riciclati e materiali da costruzione a base vegetale. Sono duraturi e hanno caratteristiche meccaniche impressionanti così come protezione dall’umidità e dal calore.
Inoltre, possono essere facilmente lavorati e soddisfano le specifiche antincendio. In questo modo, le soluzioni dei partner del progetto stanno ampliando le possibilità per la costruzione economica con requisiti di sostenibilità sempre più rigorosi, indipendentemente dal fatto che si tratti di case unifamiliari o grandi complessi edilizi.
“Il nostro lavoro crea prospettive economicamente interessanti – non solo per l’industria dell’isolamento e delle costruzioni, ma anche per l’agricoltura e la silvicoltura, ad esempio, dove i rifiuti di produzione stanno diventando ora materiali da costruzione preziosi. I nostri partner nel riciclaggio e nella produzione di macchine stanno a loro volta sviluppando metodi per ottenere in modo ottimale e ulteriormente elaborare i rifiuti a base vegetale per produrre i precursori corrispondenti”, aggiunge Yan .
Focus sull’aspetto umano
Un aspetto è particolarmente importante per Libo Yan: vuole che le sue soluzioni beneficino direttamente e il più rapidamente possibile le persone. Dopotutto, c’è un potenziale immenso nei risultati dei partner del progetto, soprattutto alla luce della situazione geopolitica attuale.
“Il nostro lavoro ha il potenziale di dare un contributo significativo alla ricostruzione dell’Ucraina. È orribile, ma ogni giorno vengono prodotte enormi quantità di detriti da costruzione. Il Paese è anche ricco di risorse naturali ed è uno dei maggiori esportatori mondiali di materie prime agricole, come cereali, grano, mais e riso. In questo contesto, stiamo attualmente lavorando duramente per mettere in pratica i nostri risultati. Con partner industriali locali, possiamo aiutare significativamente le persone in Ucraina a ricostruire il loro paese rapidamente, economicamente e in modo sostenibile. Possiamo farlo con componenti di calcestruzzo riciclato e isolamento corrispondente realizzato con materiali naturali che sono tutti abbondantemente disponibili sul posto”, spiega.
I risultati della ricerca esposti alla Hannover Messe 2024
Alla Hannover Messe dal 22 al 26 aprile 2024, i visitatori potranno esaminare componenti in calcestruzzo con aggregati riciclati e conoscere i vantaggi e le possibilità di questi nuovi prodotti da costruzione risparmiosi di risorse presso lo stand Fraunhofer nel Padiglione 2, Stand B24, tra le altre cose.
Presso lo stand, i visitatori della fiera potranno osservare anche i risultati del progetto CogeP.
